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在许多应用中,制造企业和工厂需要一套内部标准来指导其自动化系统的硬件和软件的最佳实践。这些标准有助于确保软件和硬件的一致性和安全性,并为新项目提供明确的指导。这些内部标准不仅要符合行业规定,而且要更具体,更便于工厂和车间执行和操作。
●安全、电气和液压。●人机界面(HMI)和操作员界面终端(OIT)。●控制器和I/O系统。传感器和仪器。
许多国家和国际机构都明确规定了安全、电气和液压标准。内部标准应包括一份适用的国家和国际标准清单,以及如何严格遵守这些标准的准则。
内部标准应要求符合所有适用的地方和国家规范,这些规范应列出和规定。这些规范规定了机器和设备的安装和操作,这些机器和设备根据不同的地区而不同,并且经常随着时间而变化。工厂人员有责任确定应遵循哪些规范,并验证设备、安装和操作是否符合这些规范的最新版本。
在美国,内部标准必须符合NFPA 70-2017:国家电气规范(NEC)、国家防火协会(NFPA)和国家电气制造协会(NEMA)的所有适用部分。其他国际规范也可能适用,特别是那些将被运往海外的OEM机器。
NFPA 79-2018:工业机械电气标准是保护操作员、机械和设施免受电气和火灾危害的良好规范。监管机构或政府部门可能会提供附加要求。这些机构可以帮助确定安全安装和操作机器所需的规范和标准。
如果不遵守适用的规范和标准,可能会对人员或机器造成严重损害。一旦发生事故,从法律角度看,不遵守国家规范和标准,可能会增加应承担的责任。
内部标准必须参考适用的标准,内部和外部人员都应该了解这些信息,如工程师、机器制造商和系统集成商。这些标准还可以作为新项目验收标准的功能基础,以确保产品设计、安装和运行的正确性。
列出并遵循适用的规范和标准是确保工厂车间一致且可支持的自动化的第一步。为确保遵循最佳实践,内部标准必须涵盖人机界面、控制器和现场设备。
HMI和OIT的规范要求应从操作条件开始(见图1和图2)。例如,所需的工作温度高达122华氏度和NEMA 12,作为大多数工厂车间的最低保护水平。
应明确规定特定HMI和OIT的使用。微型触摸文本面板OIT可以为小型机器提供经济高效的图形和操作员交互,但不适用于中大型机器或生产线。如果要在图形显示设备上显示自动化设备的每个按钮、开关、仪器和外围设备,则显示屏幕的大小是一个问题。因此,内部标准应明确规定屏幕尺寸的要求,并为每种应用类型定义适当的屏幕编号范围。
平面设计标准应仔细界定。一般通用屏幕、手动功能、数据和默认屏幕(包括一致导航按钮)应与实际应用情况一起记录。还应记录颜色和显示功能的使用。加强本标准,使其可用于所有机器和设备,减少了培训要求,简化了操作,缩短了故障排除时间。
设计规范中应包括特定的人机界面和OIT编程软件,并应包括一个过程,以确保每个人使用正确的软件和正确的版本。
HMI和OIT连接到控制器、工厂网络,可能还有云。内部标准应定义可接受的硬件连接和通信协议。一般硬件连接包括以太网、RS-232C/422/485串行和USB。可使用的工业以太网协议有10多种,而且这些协议的数量太大,不实用,因此内部标准应尽可能定义几种可用的协议。串行协议也是如此。
将可接受的以太网协议限制为几个常用选项,例如以太网/IP和Modbus TCP,简化了连接,尽管可能需要例外情况。一个例子是当需要一个特定的机器时,它需要通过一个内部标准中没有定义的协议进行通信。
这些异常可以通过协议转换来处理。根据需要转换的特定协议,转换过程通常可以在基于PC的HMI上完成。利用这些功能开发人机界面软件是一个很好的设计实践。
仔细考虑并定义远程访问策略。有一些营销和销售的不同之处HMI允许远程用户使用计算机、平板电脑、智能手机和笔记本电脑连接、监控和控制HMI。如果授予访问权限,则必须定义授权用户列表,包括每个人的访问级别信息。为了提供所需的网络安全级别,还应仔细定义登录过程、多级访问控制和程序通知标签。
对于工厂自动化,有三种主要类型的控制器:PLC、PAC和工业PC。在某些情况下,您可以指定单个供应商和类型,但您通常需要一些灵活性。控制器功能也在集成过程中,因此对于许多工厂和设施,指定一个供应商的控制器系列也可以满足大多数应用程序的需要(参见图3)。
应记录通信协议及其标准,以便与控制器一起使用。协议首选项通常由选定的控制器确定。无论选择哪种控制器,最好提供多个通信接口。对于工业物联网和智能制造的实现,通信协议的选择也非常重要。
与HMI和OIT一样,支持以太网通信使远程访问控制器成为可能,因此需要在内部标准中定义规则。例如,不应允许默认Internet协议(IP)地址或默认网关,但应更改此工厂设置。内部标准应将web服务器的功能限制为只读,并仔细定义远程监控应用程序、帐户名和密码。
定义远程访问策略和执行至关重要。要求控制器只能通过HMI远程访问。一般来说,它可以提供更高级别的安全灵活性和数据访问。还应在内部标准中加以考虑和界定。
控制器数据记录巡更功能是另一个需要内部标准化的领域。为标签值定义周期性或基于事件的数据记录巡检,可以为OEE和生产信息提供重要的历史记录,也可以为上层系统提供数据缓冲。还应记录数据传输安全性。
控制器的内部标准还应包括应用的考虑。例如,应提供优先于运动控制器或驱动装置的连接。应明确规定通信优先级和同时控制多个驱动器的需要。还应定义与视觉系统的高速通信。此外,还应记录通信和数据处理手段的需要。
控制器编程标准是一个需要定义的关键内部标准。需求和编程方法以及示例应记录在单独的手册中。如果没有这些类型的标准,每个程序员都可能创建各种软件应用程序,这些应用程序很难用自己的方式识别。
传感器和仪器的标准有助于改善机器控制,减少所需的备件数量(见图4)。例如,一个通用的内部标准要求在每个液压缸或执行器行程的末端有一个传感器。对于不同的传感应用,应详细说明首选的传感器和电缆类型。
智能传感器和智能仪表的使用标准是需要明确的一个重要标准。这些智能现场设备使用数字通信协议与控制器交换数据,有时与HMI或OIT交换数据。智能现场设备比简单的同类设备更昂贵,因此只有在它们提供的额外数据可用于生产操作改进时,才会使用它们。
每台机器上不同传感器或传感器类型的同声传译产品对于企业的设计、实施或维护来说效率不够。因此,传感器、仪器供应商和类型的可接受短列表应成为任何内部标准的一部分。
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